双碳背景下油气田地面工程最优化方法进展及展望

双碳背景下油气田地面工程最优化方法进展及展望

迟丽颖

中石油吉林油田新能源有限公司  吉林省松原市  138000

摘要：近年来，随着社会经济水平的提升，带动了能源需求量增加。目前，油气田地面工程的节能提效问题大多可以归结为条件极值优化问题，应用最优化方法进行油气田地面工程生产建设方案的优化设计已成为实现“双碳”目标的重要支撑途径。总结了油气田地面工程中集输、注水、配套工程系统优化研究的重要进展，梳理了节能提效新阶段油气田地面工程整体优化以及地上地下一体化优化的理论成果，探讨了优化模型与求解方法研究亟需解决的问题。在减碳政策趋紧和节能提效难度增大的背景下，展望了油气田地面工程最优化方法的发展方向，提出融合人工智能、大数据等技术进行“AI+”智能化研究是未来重要的创新方向，可以在广义优化模型建立、数据挖掘驱动优化方法研究、动态优化方法构建等方面进行攻关突破。研究成果可为油气田地面工程最优化方法及技术的智能化发展提供参考，促进油气田节能减排。

关键词：油气田地面工程；“双碳”；最优化方法

引言

油气田地面工程是油气田的耗能主体，实现地面工程的节能提效等同于实现油气田的降碳减排。然而，在保障油气自给率和稳产高产的前提下，对于资源逐渐劣质化的油气田，油气田地面工程面临生产总负荷攀升、系统运行效率低、建设及运行成本高等诸多难题。针对油气田地面工程节能减碳的技术瓶颈，各大油气田和科研院所研究认为，应用最优化方法进行生产及建设方案的优化设计是切实有效且最经济的技术手段。油气田地面工程最优化方法是将庞大复杂的工程系统和管理问题用图论、数学规划模型等进行描述，进而求解得到最优的建设和运行方案，以期达到投资少、能耗低、运行效率高的目的。

1地面施工建设概述

油气田地面工程建设作用突出、系统环节多、规模庞大。地面工程以油气集输工程为主线，配套其他工程。涵盖从油、气、水井到油、气外输交接的整个环节，包括油气水的收集、计量、处理、产品外输以及采出水处理、回注、回用、达标外排的全过程，其产品有原油、天然气、凝析油、轻烃、液化气、硫黄、氦气、达标水等。工程涵盖了油、气、水、电、路、讯等系统。油气田开发包括油气藏工程、钻采工程和地面工程。

2油油气田地面工程优化方法

2.1运行参数优化

油气集输子系统运行参数优化是应用最优化方法寻求使得系统运行耗能最低或运行效率最高的参数方案，包括集油工艺中的掺热水参数方案、集气工艺中的电伴热参数方案等。在实际应用中可独立进行参数优化，也可在布局优化基础上进行接续优化设计。考虑集油生产中工艺界限存在的模糊性，基于模糊数学方法表征约束条件，构建了动力能耗和热力能耗协同最低的多目标运行参数优化模型及求解方法，形成的体系化优化方法有效解决了集输系统的运行优化设计问题。考虑接转站到联合站之间的工艺特性，建立了水力约束和热力约束，继而建立了基于联合站处理效果的油气集输子系统运行参数优化模型和随机试验解法。针对树状伴热集油流程，综合运用模糊数学和概率统计方法，构建了基于模糊可靠性的油气集输子系统运行参数优化数学模型。将伴热集输参数、管顶埋深、保温层厚度统筹考虑，构建了多目标埋地油气集输子系统参数优化模型，提出序列二次规划解法。从能质角度建立了集输管道多目标㶲损优化模型及智能求解方法，实现了集输管道的运行优化设计。考虑油气集输子系统运行参数受到油田其他主要生产系统的实际影响，将油气集输子系统的运行优化耦合于多系统协同的整体优化中，建立了地上地下亚闭环油气网络系统整体运行优化理论方法。

2.2提高施工人员素质与技术

施工人员的素质和技术水平直接关系到工程最后的质量，专业素质强的施工人员才会更懂施工图纸，才能看出施工过程中出现的问题并采取相应的预防或紧急措施来处理。所以在施工前，必须要求施工单位组织相关专业人员对施工人员进行全面培训，尤其是施工技术方面，一定要保障施工人员对施工技术和施工设备的使用达到一定的熟练程度，保证在实际操作中能够有效的操作专业的设备和专业的技术。同时也要加强对施工人员安全意识的提高，让他们了解施工戴安全帽、防护手套等安全措施对他们安全和项目的重要性，从而提高他们的安全责任意识，充分保证自己的安全。

2.3现场施工的管理

第一，建设油气田基地的主要目的是为生产提供原材料，所以，要保障生产的安全管理，建设施工现场必然离不开高空作业、狭小空间作业、带电作业等，这些都关系到施工人员的人身安全。管理人员要保证施工现场封闭作业，要求进入到施工场地的工作人员全部统一着装工作服、安全帽的佩戴，同时做到不定期的抽查，充分保证操作人员的生命安全。第二，在保证安全管理的前提下追求质量管理，相关工作人员应严格按照施工图纸的要求操作，精益求精，尤其在操作细节上不能马虎，提高工作人员的责任意识和质量意识。管理人员在该过程必须实时监督，防止施工人员出现差错，同时，也可实时观察建设工程的施工质量，对不符合要求的工程及时返工，充分保证建设工程的质量。项目管理人员在施工现场应保持文明施工，每个工作人员都要养成良好的施工习惯，不仅可以节省施工材料，还可以提高施工效率，更能保证油气田地面建设工程的施工质量。第三，随着油气田地面建设工程的进行，需要收集越来越多的信息，巨大的信息量难免会加重管理人员的负担，此时，为了提高建设工程的管理效率，管理人员需将收集到的信息进行分类、归档，为日后工作的查询、验证提供便利。

2.4加强信息化管理

随着信息化时代的到来，各行各业都在引入信息化技术，各大油田也都在将信息化技术应用到地面工程管理中，它们是我国石油企业转型发展的必要一步，满足油田的高效性和节约性等要求。工程管理人员都在加强自身管理，并积极接受相关信息化管理知识和技术的培训学习，培养信息化管理意识，结合实际情况，建立一系列实用简单方便的辅助性管理工具，借助这些管理工具可以统筹每个部门的工作和实际进展，这样就可以准确的掌握项目的各方面信息；管理工具还可以进一步简化工作的工序，例如在地面实施工程中，可以实现实时监控工程的进展、数据自动化采集、工程工期预警、文档信息化管理等功能来减少资源的浪费，提高各部门的工作效率，最终达到降本增效和提升决策管理水平，推动企业的可持续发展。

结语

在国家大力推动“双碳”进程的宏观背景下，节能提效是破解油气田地面工程减碳减排难题的重要途径，油气田地面工程最优化方法则是实现节能提效的关键支撑。促进油气田地面工程最优化方法的全面科学发展，一是要立足已有研究成果，研究建立决策因素更加丰富的最优化模型，构建适用于求解多目标、多约束最优化问题的高效优化求解方法；二是要注重油气田地面工程子系统与母系统之间的联系，加强油气田地面工程整体最优化方法的创新研究，特别是在协同油气田地下生产系统的地上地下一体化优化方面着力攻关突破；三是要加紧布局油气田地面工程最优化方法的“AI+”研究，深度融合机器学习和大数据技术，形成油气田地面工程最优化方法与人工智能技术优势互补、人工智能技术促进油气田地面工程最优化方法快速发展的良好局面。

参考文献

[1]李自力，孙云峰，张子波，刘静，雷扬，鲁彦伯.普光高含硫气田集输管网优化[J].石油学报，2011，32（5）：872-876.

[2]陈双庆，刘扬，魏立新，孙云峰，官兵.障碍条件下气田集输管网整体布局优化设计[J].化工机械，2018，45（1）：57-64.